DE10163763A1

DE10163763A1 - Verfahren zum Herstellen von Erzeugnissen wie Bauteile oder Halbzeuge aus pulverförmigen Werkstoffen auf der Basis von Magnesium oder Magnesiumlegierungen

Info

Publication number: DE10163763A1
Application number: DE10163763A
Authority: DE
Inventors: Eckard Aust; Tobias Benzler; Nico Eigen; Wolfgang Limberg
Original assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Current assignee: Helmholtz Zentrum Geesthacht Zentrum fuer Material und Kustenforschung GmbH
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: WO2003056046A1; DE10163763B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen und/oder Halbzeugen aus pulverförmigen Ausgangsstoffen mittels Sinterns auf der Basis von Magnesium oder Magnesiumlegierungen vorgeschlagen. Dabei wird der Ausgangsstoff in Form des Hydrids von Magnesium oder Magnesiumlegierungen verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Erzeugnissen wie Bauteile oder Halbzeuge aus pulverförmigen Werkstoffen mittels Sinterverfahren auf der Basis von Magnesium oder Magnesiumlegierungen.
Pulverförmige Werkstoffe auf der Basis von Magnesium lassen sich bisher weder zu komplexen Erzeugnissen in Form von Bauteilen noch zu Halbzeugen verarbeiten, da solche Erzeugnisse und/oder Halbzeuge zur Ausbildung ihrer Endform bzw. ihrer vorläufigen Endform gesintert werden müssen. Aufgrund der extrem hohen Reaktivität von Magnesium bzw. Magnesiumbasiswerkstoffen zum Sauerstoff ist eine Sinterung in großtechnischem Maßstab nicht möglich. Bisher wurden Magnesiumbasiswerkstoffe durch Urformen aus dem flüssigen, plastischen oder breiigen (semi-solid bzw. Thixo-,) Zustand in Form von Druck-, Schleuder-, Strang- oder Spritzguß zu Halbzeugen oder Bauteilen bzw. Erzeugnissen verarbeitet. Das Urformen aus pulverförmigen Magnesiumbasiswerkstoffen ist bisher nur über das Strangpreßverfahren möglich.
Es besteht das Bedürfnis, Halbzeuge und/oder komplexe Bauteile bzw. Erzeugnisse aus Magnesiumbasiswerkstoffen durch das Sintern von Magnesiumpulver herstellen zu können, da sich durch Herstellungsverfahren wie Preßsintern und Metallpulverspritzgießen (MIM-Technologie), die Metallpulver als Ausgangsmaterial erfordern, neue Anwendungsgebiete für Magnesiumbasiswerkstoffe erschließen ließen, die die Eigenschaften von Magnesium bzw. Magnesiumbasiswerkstoffen voll zum Tragen kommen ließen, d. h., das sehr geringe Gewicht bei verhältnismäßig hoher Festigkeit.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem pulverförmige Werkstoffe auf der Basis von Magnesium verwendet werden können, um endfertige Erzeugnisse bzw. Bauteile und/oder Halbzeuge herstellen zu können, wobei das Verfahren sowohl im Labormaßstab als auch in großtechnischem Maßstab durchführbar sein soll und dabei die herkömmlichen Verfahren, mit denen pulverförmige Metalle ver- und/oder bearbeitet werden können, herangezogen werden können.
Gelöst wird die Aufgabe gem. der Erfindung dadurch, daß der Ausgangsstoff in Form des Hydrids von Magnesium oder Magnesiumlegierungen verwendet wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt im wesentlichen darin, daß nun, wie aufgabengemäß angestrebt, Metallpulver auf der Basis von Magnesiumwerkstoffen das Sintern möglich machen und eine Verarbeitung zur Herstellung neuartiger Produkte, bspw. Implantate für die Medizintechnik, ermöglichen. Dabei können erstmals die spezifischen Eigenschaften von Magnesium bzw. Magnesiumbasiswerkstoffen wie geringes Gewicht bei verhältnismäßig hoher Festigkeit, in Kombination mit der Pulvertechnologie zum Tragen gebracht werden, was bisher nicht möglich war. Dabei wird bei der Verwendung des Hydrids von Magnesium oder Magnesiumlegierung die enge Bindung von Magnesium an den Wasserstoff ausgenutzt, d. h. in den einzelnen Verfahrensschritten von der Bauteil- und/oder Halbzeugformgebung bis einschließlich des Sinterns wird die Verbindung des Magnesiums mit Sauerstoff verhindert, was, wenn man sich des lösungsgemäßen Verfahrens nicht bedienen würde, die Sintermöglichkeit von Magnesiumbasiswerkstoffen zu Bauteilen und/oder Halbzeugen verhindern würde.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht es auch möglich, daß Erzeugnisse durch Preßsintern und/oder Metallpulverspritzgießen in einer Qualität nahe der Endform des Erzeugnisses hergestellt werden können, wobei mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch hohe Produktionsraten realisiert werden können.
Gem. einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Wasserstoff aus dem Erzeugnis und/oder dem Halbzeug während der Durchführung des Sinterns ausgetrieben, so daß dann Bauteile oder Halbzeuge aus Pulverpartikeln gesintert werden können.
Der Sintervorgang, bei dem der Wasserstoff aus dem hergestellten Erzeugnis und/oder Halbzeug ausgetrieben wird, kann unter Inertgas erfolgen oder bei einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens unter Vakuum ausgeführt werden, wodurch der Sauerstoff bei dem Verfahrensschritt des Austreibens des Wasserstoffs aus dem Hydrid von Magnesium oder Magnesiumlegierungen ferngehalten wird.
Die Sinterung des Erzeugnisses und/oder des Halbzeuges erfolgt oberhalb der Dehydrierungstemperatur des Hydrids von Magnesium oder Magnesiumlegierungen.
Die Erfindung wird nun nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Darstellungen im einzelnen beschrieben.
Diese zeigen:
Fig. 1 ein Gefügebild von gesintertem Magnesium bei 110-facher Vergrößerung und
Fig. 2 ein Röntgendiffraktometerdiagramm.
Zur Ausführung des Verfahrens gem. der Erfindung werden bekannte Techniken zur Herstellung von Metallpulvern verwendet, wobei das Metallpulver im vorliegenden Falle pulverförmiges Magnesiumhydrid ist bzw. ein pulverförmiges Magnesiumhydridgemisch. Der Begriff "pulverförmiges Magnesiumhydrid" umfaßt auch pulverförmige Magnesiumhydridlegierungen beliebiger quantitativer und qualitativer Zusammensetzung. Auch bezüglich der Sinterung des pulverförmigen Metallhydrids werden Techniken, Verfahrensabläufe und apparative Ein- bzw. Vorrichtungen verwendet, die im Stand der Technik bezüglich der Metallpulverherstellungs- und -bearbeitungsverfahren bzw. Vor- und Einrichtungen bekannt sind. Da das erfindungsgemäße Verfahren diese bekannten Verfahrenstechniken weitgehend nutzt, ist ein weiteres Eingehen darauf zum Verständnis der Erfindung nicht nötig.
Zur Ausführung des Verfahrens gem. der Erfindung wird pulverförmiger Ausgangsstoff auf der Basis von pulverförmigen Magnesiumhydrid verwendet, der zuvor geeignet hergestellt worden ist. Nach der Ausformung des Magnesiumhydrids zur Herstellung eines Erzeugnisses in eine solche Form, die nahezu der gewünschten Endform entspricht, was gleichermaßen auch für die Form eines herzustellenden gewünschten Halbzeuges gilt, wird der Wasserstoff aus dem Erzeugnis und/oder dem Halbzeug während des nachfolgenden Sintervorganges ausgetrieben.
Das Austreiben des Wasserstoffs kann unter Inertgas oder auch im Vakuum erfolgen und bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des jeweils gewählten pulverförmigen Magnesiums bzw. seiner gewünschten Legierungen. Nachdem der Wasserstoff aus dem Erzeugnis bzw. dem Halbzeug ausgetrieben worden ist, wird das Erzeugnis bzw. das Halbzeug gesintert. Nach dem Sintervorgang liegt entweder ein Erzeugnis in Endform vor oder ein Halbzeug mit gewünschter Halbzeug-Endform.
Diese Erzeugnisse bzw. Halbzeuge können dann mittels bekannter Be- bzw. Verarbeitungstechniken in eine Endform überführt werden.
Fig. 1 zeigt ein Röntgendiffraktometerdiagramm einer Probe, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Die ausgeprägten Maxima stimmen mit den charakterischen Maxima für Magnesium überein. Damit wird nachgewiesen, daß der Wasserstoff aus der Probe ausgetrieben ist (keine MgH₂-Phase in der Probe). Fig. 1 zeigt ferner, daß Magnesiumoxid nur noch in Spuren in der Probe vorhanden ist.
Fig. 2 stellt einen Schliff der Probe in 110-facher Vergrößerung dar. Die Fig. 2 zeigt ferner, daß der Sinterprozeß erfolgt ist und die Probe an dichtes Gefüge aufweist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Erzeugnissen und/oder Halbzeugen aus pulverförmigen Ausgangsstoffen mittels Sintern auf der Basis von Magnesium und Magnesiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstoff in Form von Hydrid Magnesium und Magnesiumlegierungen verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff aus dem Erzeugnis und/oder dem Halbzeug während des oder nach der Durchführung des Sinterns ausgetrieben wird.

3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern unter Inertgas durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern unter Vakuum ausgeführt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung des Erzeugnisses und/oder des Halbzeuges oberhalb der Dehydrierungstemperatur des Hydrids von Magnesium oder Magnesiumlegierungen erfolgt.